Eine DNA-Schere revolutioniert die Gentechnik

Eine neue Methode der Gen-Technik verbreitet sich zur Zeit in den Labors weltweit. Sie ist präzise, einfach und günstig. Ihre Erfinder und Erfinderinnen werden als Pioniere gefeiert. Doch: Sie selbst warnen vor dem unbegrenzten Einsatz der Methode. Die Geschichte einer brisanten Entdeckung.

Die Gen-Schere Crispr besteht nicht aus Metall sondern aus einem Eiweiss und einem kleinen Stück RNA. Der Clou für die Gentechniker: Sie können die biologische Schere so programmieren, dass sie das Erbgut genau an einer gewünschten Stelle schneidet. So können ­– direkt in lebenden Zellen oder Organismen – krank machende Gene zerstört, verändert oder gesunde eingefügt werden.

Die Geschichte von Crispr beginnt 1986 mit einer kuriosen Entdeckung japanischer Forscher. Diese stossen im Erbgut von Darmbakterien auf eine Art chemisches Stottern: kurze Wiederholungen der immer gleichen DNA-Sequenz. Dazwischen eingefügt sind andere, fremdartig wirkende DNA-Schnipsel. Niemand weiss damals, wozu das Ganze gut sein soll.

Fieberhafte Zusammenarbeit quer über den Atlantik

Erst 20 Jahre später haben andere Wissenschaftler die zündende Idee: Bei den Stotter-Sequenzen könnte es sich um eine Art Immunsystem der Bakterien handeln. Denn auch Bakterien haben Feinde im grossen Reich der Viren. «Das Immunsystem erlaubt es den Bakterien, sich gegen Viren zur Wehr zu setzen», sagt Emmanuelle Charpentier vom Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung in Braunschweig.

Die Mikrobiologin spielt eine wichtige Rolle beim nächsten Schritt wenige Jahre später. Zusammen mit einem kalifornischen Team baut sie das bakterielle Immunsystem zum Gentechnik-Werkzeug Crispr (oder mit vollem Namen Crispr-Cas9) um. Dafür untersuchen die Forscher Funktion und Aussehen der Bakterien-Moleküle und finden schliesslich einen Weg, sie so nutzen, dass sie in allen Zellen und Organismen als DNA-Schere funktionieren. Mit dabei im kalifornischen Team ist damals der Biochemiker Martin Jinek.

Ein Fachartikel schlägt ein wie eine Bombe

«Die Zeitverschiebung war sehr praktisch», erzählt Jinek. «Die Kollegen in Europa waren uns neun Stunden voraus und machten ihre Experimente, während wir schliefen. Wenn ich morgens ins Labor kam, las ich immer als erstes ihre E-Mails, um zu sehen, was sie in der Nacht herausgefunden hatten. Dann arbeitete ich, und sie schliefen. Auf diese Weise hatten wir eine globale Zusammenarbeit rund um die Uhr.»

Martin Jinek mit einem Modell der Crispr-Schere in der Hand

Bildlegende: Martin Jinek mit Crispr: In der Hand hält er ein stark vergrösseres Plastik-Modell der DNA-Schere – ein Molekülkomplex aus Eiweiss und RNA. SRF/Odette Frey

2012 veröffentlichen Emmanuelle Charpentier, Martin Jinek und ihre Mitstreiter im Fachblatt «Science» einen Artikel, der in der Wissenschaftswelt einschlägt wie eine Bombe. Darin zeigen sie: Die Moleküle des bakteriellen Immunsystems lassen sich so umbauen, dass sie als universelle DNA-Schere in x-beliebigen Zellen eingesetzt werden können. Die Gen-Schere Crispr ist erfunden.

Erbkrankheiten heilen

Immer mehr Wissenschaftler nutzen heute die Methode. Inzwischen wird Crispr bei rund 30 verschiedenen Organismen eingesetzt – darunter Mäuse, Affen, Pflanzen und menschliche Zellen. «Die Geschwindigkeit, mit der diese Technologie sich entwickelt, überrascht mich», sagt Martin Jinek, der heute an der Universität Zürich Assistenzprofessor ist. «Sogar beim Axolotl hat Crispr funktioniert – das ist ein Amphib, das sich bisher kaum genetisch verändern liess.»

Noch handelt es sich um reine Laborforschung. Doch die Wissenschaftler hoffen, dass Crispr die Medikamenten- und Krebsforschung beflügelt. Und auch die so genannte Gen-Therapie beim Menschen erhält durch die Gen-Schere neuen Schwung. Die Idee: Defekte Gene im Patienten zu reparieren und so Erbkrankheiten zu heilen. Bereits wurden Biotech-Firmen gegründet, die Crispr in Zukunft als Gen-Therapie kommerzialisieren wollen. Emmanuelle Charpentier etwa ist Mit-Gründerin von Crispr Therapeutics, deren Hauptsitz sich in Basel befindet.

Die Evolution verändern

Allerdings muss Crispr noch verfeinert werden, bevor die Methode wirklich an Menschen eingesetzt werden kann. Denn noch ist die Gen-Schere nicht so effizient wie die Forscher sie gerne hätten; sie schneidet auch noch nicht absolut fehlerfrei. Das aber ist notwendig, da falsche Schnitte im Erbgut zu schweren Nebenwirkungen führen könnten, zum Beispiel zu Krebs.

Derweil testen Wissenschaftler in China und den USA Crispr bereits im Labor an menschlichen Embryonen, Spermien und Eizellen. Sie möchten die so genannte Keimbahn-Therapie vorantreiben, mit der Erbkrankheiten, die auf einem Gendefekt beruhen, geheilt werden sollen. In vielen europäischen Ländern – auch in der Schweiz – wäre eine Anwendung dieser Therapie am Menschen allerdings verboten. Denn sie verändert nicht nur den Menschen, der aus diesen Zellen entsteht, sondern auch seine Nachkommen. Die Keimbahn-Therapie bedeutet also, dass tiefgreifend in die biologische Evolution des Menschen eingegriffen wird.

Wo sind die Grenzen?

Die Erfinder der Crispr-Genschere warnen davor, diese Eingriffe an der Keimbahn allzu rasch voran zu treiben. Zum einen sei die Methode noch zu wenig sicher, so dass schwere Nebenwirkungen zu befürchten seien, würden aus den manipulierten Zellen tatsächlich Babies entstehen.

Und zum anderen brauche es erst eine grundsätzliche Debatte darüber. Martin Jinek: «Die Gesellschaft muss sich fragen, ob die therapeutische Keimbahn-Therapie überhaupt verantwortungsvoll ist. Und wir müssen uns auch fragen, wo die Grenzen sind. Was ist mit genetischen Veränderungen, die nicht darauf abzielen, Krankheiten zu verhindern, sondern Menschen mit irgendwelchen Eigenschaften auszustatten?»

Die Gen-Schere Crispr hat die Forschung in eine neue Ära katapultiert – und damit auch die ethischen Fragen, welche die Gentechnik seit Anfang begleiten.

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